CN103212728A

CN103212728A - 硬质包覆层维持优异耐热性及耐磨性的表面包覆切削工具

Info

Publication number: CN103212728A
Application number: CN2013100223452A
Authority: CN
Inventors: 田中耕一; 田中裕介
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: JP5796778B2; JP2013146839A; CN103212728B

Abstract

本发明的课题在于提供一种将高硬度钢用于高速车削加工时也长期维持优异的导热率和耐热性的表面包覆切削工具。本发明的表面包覆切削工具在工具基体上具有硬质包覆层，硬质包覆层由下部层和上部层构成，所述下部层由具有（Ti_1-xAl_x）N（x=0～0.7）组成且具有0.5～3μm的平均层厚的Ti和Al的复合氮化物构成，所述上部层具有0.5～3μm的平均层厚且由铬硼化物构成，在上部层与下部层的界面中，使上部层的（0001）取向和下部层的（111）取向的角度差存在于0～5度的范围的界面长度占观察到的整个界面长度的线段比例为50%以上，由此解决上述课题。

Description

硬质包覆层维持优异耐热性及耐磨性的表面包覆切削工具

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具（以下，称为包覆工具），其在切削时通过使硬质包覆层中含有金属硼化物来发挥优异的耐热性，在高硬度钢的高速车削加工中也长期维持优异的耐磨性和耐龟裂性。

背景技术

包覆工具中一般已知有,在各种钢或铸铁等工件的车削加工中所使用的装卸自如地安装于车刀的前端部的刀片、或装卸自如地安装该刀片且与用于端面切削加工或槽加工还有台阶面加工等的实心式立铣刀相同地进行切削加工的刀片式立铣刀等。

例如，如专利文献1所示，已知有如下包覆工具，其在高速钢基体的表面形成有由下部层、中间层、上部层构成的硬质包覆层而成，所述下部层由TiC、TiN、TiCN中的一种单层或2种以上的多层构成且平均层厚为0.5～5μm，所述中间层由Ti和Al的复合氮化物构成且平均层厚为0.5～5μm，所述上部层由Ti和Al的复合氮氧化物构成且平均层厚为0.5～5μm。即，已知有在最表面包覆（Ti，Al）（Ｏ，N）并促进氧化物的形成，且提高化学稳定性的包覆工具。

并且，如专利文献2所示，已知有在基体表面包覆由选自Al、Si、Cr、W、Ti、Nb、Zr中的一种以上的金属元素构成的硼化物皮膜的包覆工具，其特征在于，该硼化物皮膜具有六方晶结晶结构，X射线衍射中在（001）面具有最强衍射强度，残余压缩应力为0.1GPa以上，并且在硼化物皮膜的X射线衍射中（001）面的半峰宽Hw值为0.6≤Hw≤1.1。

并且，如专利文献3所示，已知有在由碳化钨基硬质合金或碳氮化钛类金属陶瓷构成的硬质基体表面物理蒸镀由以下（a）及（b）构成的硬质包覆层而成的表面包覆硬质合金制切削工具，（a）作为表面层具有0.8～5μm的平均层厚的Cr硼化物层，（b）作为耐磨硬质层满足组成式：（Ti_1-XAl_X）N（x=0.40～0.75），且具有0.8～5μm的平均层厚的Ti和Al的复合氮化物层。

专利文献1：日本专利公开平7-328811号公报

专利文献2：日本专利公开2008-238281号公报

专利文献3：日本专利公开2006-26883号公报

近几年的切削加工装置的FA化显著，除此之外对切削加工的节省劳力化、节能化、低成本化及效率化的要求也强烈，随此，有与高进给、高切削深度等相比要求高效率的重切削加工的倾向，但在所述以往包覆工具中，现状如下：在通常条件下切削加工各种钢或铸铁时不会发生特别的问题，但在用于易前端磨损的钛合金等的高硬度钢的高速车削加工时，由于导热率及耐热性不充分而易在刀片产生龟裂，并且磨损相对较快，因此在较短的时间内就达到使用寿命。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术性课题，即本发明的目的在于提供一种即使在高速车削加工高硬度钢时，也仍然维持导热率及耐热性且发挥优异的耐磨性及耐龟裂性的表面包覆切削工具。

因此，本发明人等从如前述观点出发，为了提高包覆工具的导热率和耐热性、并延长使用寿命，进行深入研究的结果得到了如下见解：一种表面包覆切削工具，在由碳化钨基硬质合金烧结体或高速钢构成的工具基体上具有硬质包覆层，其中由下部层和上部层构成硬质包覆层，所述下部层由形成于工具基体上的由（Ti_1-xAl_x）N（其中x=0～0.7）的成分体系构成且具有1～5μm的平均层厚的Ti和Al的复合氮化物层构成，所述上部层形成于该下部层上且由具有0.5～3μm平均层厚的铬硼化物层构成，并且在下部层和上部层的界面测定邻接的晶粒的取向差时,使（Ti_1-xAl_x）N的（111）取向和铬硼化物的（0001）取向的角度差存在于0～5度的范围的界面长度占整体的线段比例为50%以上，从而能够改善上部层与下部层的粘附性，并提高工具的耐磨性特性。

以往的包覆工具的由（Ti，Al）N层构成的硬质包覆层，例如在图2所示的一种物理蒸镀装置、即具有电弧离子镀蒸镀源和直流溅射蒸镀源的成膜装置上，安装由碳化钨基硬质合金烧结体构成的工具基体，并通过如下来制造，例如，在蒸镀初期以如下条件形成（Ti，Al）N层（以下，称为以往（Ti，Al）N层），

装置内加热温度：300～500℃、

外加于工具基体的直流偏置电压：-30～-50V、

阴极电极：TiAl合金、

电弧电流值：100～120A

装置内气体种类：只有氮（N₂）气体

装置内气体压力：3～5Pa。

之后，在蒸镀后期以如下条件蒸镀形成铬硼化物层（以下，称为以往的铬硼化物层），

外加于工具基体的直流偏置电压：-30V、

阴极电极：CrB₂、

蒸镀方式：直流（DC）溅射

溅射功率：2～3kW

装置内气体种类：只有氩（Ar）气体

装置内气体压力：0.2～0.6Pa。

但是，本发明人例如利用图1中示意说明图示出的一种物理蒸镀装置、即高输出脉冲溅射装置，形成了由（Ti，Al）N层及铬硼化物层构成的硬质包覆层（以下，称为改性硬质包覆层）。溅射法是将供给到真空腔室的Ar、He、Xe等溅射气体在等离子体气氛中离子化，并使该离子碰撞于由成膜材料（靶材）形成的靶，从靶中放出溅射粒子（主要为靶材的原子），将放出的溅射粒子离子化并堆积在基材表面来形成薄膜的方法。在该溅射法中，将脉冲状溅射功率用作向构成阴极的靶供给的溅射功率的溅射称作脉冲溅射。

近年来，通过对靶投入脉冲化后的大功率而高百分率地离子化溅射粒子的大输出脉冲溅射法得到实用化。利用这种脉冲化后的大功率进行溅射的脉冲溅射法还被称为大输出脉冲溅射法或高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS，High Power Impulse MagnetronSputtering）。通过对靶投入脉冲化后的大功率，能够高百分率地离子化从靶放出的溅射粒子，因此对离子化做出贡献的成膜工艺发挥功效。例如，适合用于表面摩擦较小的摩擦膜等致密性或结晶性优异的薄膜的成膜、向沟（槽）结构或凹面的延伸较好的成膜。本发明人着眼于这种高输出脉冲溅射法的特性，发现通过利用该方法在（Ti，Al）N层上形成铬硼化物层，从而能够形成在界面中邻接的晶粒的取向一致的层压层。

具体而言，在装置内安装工具基体，首先以如下条件进行工具基体的轰击处理。

蒸镀源1：TiAl合金靶

偏置电压：-1000V。

接着，蒸镀初期以如下条件进行蒸镀，从而蒸镀工具基体侧的（Ti，Al）N层（下部层）。

基体温度：400～450℃

蒸镀源1：TiAl合金靶

蒸镀源1的溅射功率：平均8～9kW、最大120kW

溅射周期：40Hz

偏置电压：-90～-100V

装置内气体种类：氮（N₂）气体：氩（Ar）气体=流量比计70：30～80：20

装置内气体压力：0.4～0.5Pa。

接着，蒸镀后期的条件如下：

蒸镀源2：CrB₂靶、

蒸镀源2的溅射功率：平均2～3kW、

溅射周期：12Hz、

偏置电压：-120～-130V

装置内气体种类：氩（Ar）气体

装置内气体压力：0.3～0.4Pa。

对于CrB₂靶进行溅射时的脉冲输出形式，以30分钟为周期切换成如下2个脉冲波形状，

（a）脉冲初期为120kW、脉冲后期变为200kW的2阶段的脉冲波形状

（b）脉冲初期为150kW、脉冲后期变为250kW的2阶段的脉冲波形状。

发现：这样形成的由下部层和上部层构成的改性硬质包覆层，作为耐磨层的（Ti，Al）N的（111）取向和润滑特性优异的铬硼化物的（0001）取向组织存在于极其接近的倾斜方向，因此上部层和下部层发挥优异的粘附性，且能提高工具的耐磨性。

进一步发现，可获得如下表面包覆工具：下部层即（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽和上部层即铬硼化物的（0001）峰的半峰宽包含于预定值的，即在通过均衡地控制结晶性或晶粒尺寸来提高耐磨性的状态下提高耐龟裂性而实现优异的工具寿命的表面包覆切削工具。

本发明是基于所述研究结果而成的，其特征在于，

（1）一种表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金烧结体或由高速钢构成的工具基体上具有硬质包覆层，其特征在于，

所述硬质包覆层由下部层和上部层构成，所述下部层由形成于工具基体上的（Ti_1-xAl_x）N（其中x=0～0.7）的成分体系构成且具有1～5μm的平均层厚的Ti和Al的复合氮化物层构成，所述上部层形成于该下部层上且由具有0.5～3μm平均层厚的铬硼化物层构成，

并且，在所述下部层和上部层的界面测定邻接的晶粒的取向差时，（Ti_1-xAl_x）N的（111）取向与铬硼化物（0001）取向的角度差存在于0～5度的范围的界面长度占观察到的整个界面长度的线段比例为50%以上。

（2）如（1）所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

通过X射线衍射测定的所述铬硼化物的（0001）峰的半峰宽HB为0.2～0.5度，所述（Ti_1-xAl_x）N的（111）峰的半峰宽HN为0.8～1.5度。

以下对本发明进行详细说明。

如已说明，本发明例如利用图1示意说明图示出的高输出脉冲溅射装置，在装置内安装由碳化钨基硬质合金烧结体或高速钢构成的工具基体，例如在蒸镀初期以如下条件进行蒸镀，从而蒸镀工具基体侧的（Ti，Al）N层（下部层）。

基体温度：400～450℃、

蒸镀源1：TiAl合金靶

蒸镀源1的溅射功率：平均8～9kW、最大120kW

溅射周期：40Hz

偏置电压：-90～-100V

装置内气体压力：0.4～0.5Pa、

接着，蒸镀后期的条件如下：

蒸镀源2：CrB₂靶、

蒸镀源2的溅射功率：平均2～3kW、

溅射周期：12Hz、

偏置电压：-120～-130V

装置内气体种类：氩（Ar）气体

装置内气体压力：0.3～0.4Pa、

对于CrB₂靶进行溅射时的脉冲输出形式，以30分钟为周期切换如下2个脉冲波形状，即、瞬间最大功率为

通过采取这种蒸镀方法，其结果所形成的由下部层和上部层构成的改性硬质包覆层，作为耐磨层的（Ti，Al）N的（111）取向和润滑特性优异的铬硼化物的（0001）取向存在于极其接近的倾斜方向，因此上部层和下部层发挥优异的粘附性，能提高工具的耐磨性。

进而，通过控制成下部层即（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽和上部层即铬硼化物的（0001）峰的半峰宽包含于预定值，即在通过均衡地控制结晶性或晶粒尺寸来提高耐磨性的状态下提高耐龟裂性，可获得实现优异的工具寿命的表面包覆切削工具。

并且，其理由与如以下说明的改性硬质包覆层特异的结晶相具有紧密的关联性。

首先，对以如前述的高输出脉冲溅射法形成的改性硬质包覆层，在下部层的（Ti，Al）N层和上部层的铬硼化物层的界面，利用电子背散射衍射装置测定（Ti，Al）N的（111）取向和铬硼化物的（0001）取向，并测定其角度差存在于0～5度的范围的界面的长度，结果证实相对于界面的总长的线段比例为50%以上。即得知，下部层与上部层在其界面结晶学匹配性较高，即，为岩盐型结构的（Ti，Al）N薄膜的密排面且具有6次旋转轴的（111）面和为六方晶结构的铬硼化物的密排面且同样具有6次旋转轴的（0001）面具有平行的取向关系而成长，此现象有助于提高粘附性。

进而得知，（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽存在于0.8～1.5度的范围，铬硼化物的（0001）取向的半峰宽存在于0.2～0.5度时，结晶性及晶粒尺寸得到均衡地控制，能够在提高耐磨性的状态下提高耐龟裂性。

接着，对本发明中数值范围的限定理由进行说明。

（a）将下部层的平均层厚限定为1～5μm的理由在于，若下部层的膜厚小于1μm则无法维持耐磨性，若超过5μm则因压缩应力的增加而容易崩刀。主要对成膜时间进行适当调整，从而能够将下部层的平均层厚控制在预定范围。

并且，将下部层的（Ti，Al）N的Al含有比率x限定为x=0～0.7的理由在于，若超过0.7则无法呈具有高韧性的立方晶型结晶结构而是变成六方晶型结晶结构且强度下降，并且与此同时Ti的含有比例相对减少，且高温特性下降。下部层的（Ti，Al）N的Al含有比率x能够通过适当调整所使用的合金靶的组成来控制。

（b）将上部层的平均层厚限定为0.5～3μm的理由在于，若上部层的膜厚小于0.5μm则耐磨性就不充分，若超过3μm则因压缩应力的增加而成为崩刀等的原因。主要对成膜时间进行适当调整，从而能够将上部层的平均层厚控制在预定范围。

（c）（Ti，Al）N的（111）取向与铬硼化物的（0001）取向的角度差若为5度以上则取向匹配性较低，无法维持所希望的界面强度。因此，将所述角度差存在于0～5度范围的界面长度设为整个界面长度的线段比例为50%以上。主要对成膜温度和目标皮膜组成、形成铬硼化物层时的平均溅射功率适当调整，从而能够将所述角度差存在于0～5度范围的界面长度的线段比例控制在预定范围。

（d）（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽若不到0.8度，则结晶性过高而耐缺损性较差，若为1.5度以上则因结晶性过低而无法维持氮化物层所具有的耐磨性。因此，优选为（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽为0.8～1.5度。

并且，铬硼化物的（0001）峰的半峰宽若小于0.2度则结晶性过高而耐缺损性较差，若为0.5度以上则结晶性过低而无法维持硼化物层所具有的耐磨性。因此，优选铬硼化物的（0001）峰的半峰宽设为0.2～0.5度。（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽及铬硼化物的（0001）峰的半峰宽能够通过适当调整各层的目标组成、成膜速度及层厚来控制。

本发明的包覆工具是一种在由碳化钨基硬质合金烧结体或高速钢构成的工具基体上具有硬质包覆层的表面包覆切削工具，其硬质包覆层由下部层和上部层构成，所述下部层由形成于工具基体上的由（Ti_1-xAl_x）N（其中，x=0～0.7）的成分体系构成且具有1～5μm的平均层厚的Ti和Al的复合氮化物层构成，所述上部层由形成于该下部层之上且具有0.5～3μm的平均层厚的铬硼化物层构成，并且，在下部层和上部层的界面测定邻接的晶粒的取向差时，（Ti_1-xAl_x）N的（111）取向与铬硼化物的（0001）取向的角度差存在于0～5度的范围的界面长度占整个界面长度的线段比例为50%以上，由此硬质包覆层中所含的金属硼化物发挥优异的耐热性，并且在苛刻的高速切削加工中使具有六方晶结构的硼化物的（0001）取向组织存在于与由维持耐磨性的复合氮化物构成的下部层的（111）取向相同的倾斜方向，由此能够发挥上部层与下部层的优异的粘附性，并提高工具的耐磨性。

并且，能够提供半峰宽包含于预定值的、即在通过均衡地控制结晶性或晶粒尺寸来提高耐磨性的状态下提高耐龟裂性，实现优异的工具寿命的表面包覆切削工具。

附图说明

图1为表示用于蒸镀形成本发明的表面包覆切削工具的硬质包覆层（改性硬质包覆层）的高输出脉冲溅射装置的示意图。

图2为表示具有用于蒸镀形成以往的表面包覆切削工具的硬质包覆层（以往的硬质包覆层）的电弧离子镀蒸镀源及溅射蒸镀源的成膜装置的示意图。

图3为示出改性硬质包覆层的垂直纵截面内的晶体组织的示意图。

图4为表示本发明刀片6中的改性硬质包覆层的X射线衍射图表。

图5为表示改性硬质包覆层的垂直纵截面内的晶粒的结晶取向关系的示意图。

具体实施方式

接着，根据实施例对本发明的包覆工具进行具体说明。

另外，在此以包覆刀片和包覆立铣刀为中心进行说明，但是本发明视作对象的包覆工具不限于这些，能够适用于包覆钻刀等各种包覆工具。

[实施例]

作为原料粉末，准备均具有0.8～3.0μm的平均粒径的WC粉末、TiC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr₃C₂粉末及Co粉末，并将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成，用球磨机湿式混合72小时并干燥后，以100MPa的压力冲压成型成压坯，在6Pa的真空中，在以1400℃的温度维持1个小时的条件烧结该压坯，烧结之后，对切削刃部分实施R：0.03刃口修磨加工来制造具有ISO标准·CNMG120408的刀片形状的碳化钨基硬质合金烧结体制的工具基体A1～A10。

同样，作为原料粉末准备具有平均粒径为5.5μm的中粗粒WC粉末、平均粒径为0.8μm的微粒WC粉末、平均粒径为1.3μm的TaC粉末、平均粒径为1.2μm的NbC粉末、平均粒径为2.3μm的Cr₃C₂粉末、平均粒径为1.5μm的VC粉末、平均粒径为1.2μm的ZrC粉末、平均粒径为1.0μm的（Ti，W）C粉末及平均粒径为1.8μm的Co粉末，并将这些原料粉末分别配合成表2所示的配合组成，进一步加入石蜡并在丙酮中球磨混合24小时，减压干燥后以100MPa的压力冲压成型为预定形状的各种压坯，将该压坯在6Pa的真空气氛中以7℃/分钟的升温速度升温至1370～1470℃范围内的预定温度，在该温度下维持1小时后以炉冷条件烧结，形成直径为8mm的基体形成用圆棒烧结体，并从所述的圆棒烧结体通过磨削加工制造具有切削刃部的直径×长度为6mm×15mm的尺寸的方形立铣刀基体B1～B6。

[表1]

[表2]

接着，在丙酮中超声波清洗所述工具基体A1～A10及立铣刀基体B1～B6（以下，称为“工具基体”），以干燥的状态安装于如图1所示的高输出脉冲溅射装置，作为靶电极安装TiAl合金及CrB，首先，对装置内进行排气而保持在6.0×10^-3Pa以下的真空的同时用加热器将装置内加热为400℃之后，在对工具基体外加-1000V的直流偏置电压的状态下，从溅射电源向TiAl合金供给平均8kW、最大120kW、溅射周期为40Hz的脉冲状的溅射功率，从而形成供给于装置内的溅射气体的等离子体，使溅射气体的离子冲撞于TiAl合金而放出Ti粒子及Al粒子，将这些粒子离子化，并且通过Ti及Al离子对工具基体表面进行30分钟的轰击处理。

接着，暂且使装置内成为1×10^-3Pa左右的真空之后，以表3及表4所示出的条件加热至预定温度之后，在装置内导入氮气体及Ar气体且保持为预定压力，从溅射电源向TiAl合金供给平均8kW～9kW、最大120kW、溅射周期为40Hz的脉冲状的溅射功率，从而形成供给于装置内的溅射气体的等离子体，使溅射气体的离子冲撞于TiAl合金而放出Ti粒子及Al粒子，将这些粒子离子化，在工具基体施加预定的偏置电压的同时在工具基体表面以表3、表4所示的预定的溅射时间溅射形成由（Ti，Al）N层构成的下部层。

接着，同样以表3及表4所示的条件，向装置内导入Ar气体并保持为预定的压力，从溅射电源向CrB₂供给平均2～3kW、溅射周期为12Hz的脉冲状的溅射功率，从而形成供给于装置内的溅射气体的等离子体，使溅射气体的离子冲撞于CrB₂而放出CrB₂粒子，将这些粒子离子化，在对工具基体施加预定的偏置电压的同时在工具基体表面以表3、表4所示的预定的溅射时间溅射形成由铬硼化物构成的上部层，由此制造作为本发明包覆工具的本发明刀片（以下，称为本发明刀片）1～14及作为本发明包覆工具的本发明立铣刀（以下，称为本发明立铣刀）1～6。

另外，表3及表4中分别示出本发明刀片1～14及本发明立铣刀1～6的改性硬质包覆层的形成条件即高输出脉冲溅射的各种条件。

以比较的目的，在丙酮中超声波清洗所述工具基体A1～A10及B1～B6，以干燥的状态安装于具有图2所示的电弧离子度蒸镀源及溅射蒸镀源的成膜装置，作为电弧离子镀蒸镀源的阴极安装TiAl合金，并且作为溅射蒸镀源的阴极安装CrB₂，首先，对装置内进行排气而保持在6.0×10^-3Pa以下的真空的同时，用加热器将装置内加热为400℃之后，对TiAl合金通入100A的放电电流来使其电弧放电并在装置内产生Ti及Al离子，对工具基体外加-1000V的偏置电压，由此对所述工具基体进行10分钟的Ti及Al轰击处理，接着，暂且使装置内变成1×10^-3Pa左右的真空之后，以表5及表6所示的条件导入氮气体并保持为4Pa，对TiAl合金通入100～120A的电弧电流来产生Ti和Al的离子，并对工具基体施加预定偏置电压的同时在工具基体表面以表5及表6所示的预定蒸镀时间蒸镀形成由（Ti，Al）N层构成的下部层，接着以如表5及表6所示的条件导入Ar气体并保持为预定压力，对CrB₂投入4kW的直流功率并通过溅射产生CrB₂离子，在对工具基体施加预定的偏置电压的同时在工具基体表面以表5及表6所示的预定蒸镀时间蒸镀形成由铬硼化物构成的上部层，由此制造作为以往包覆工具的以往表面包覆刀片（以下，称为以往刀片）1～10及以往表面包覆立铣刀（以下，称为以往立铣刀）1～6。

另外，表5及表6中示出以往刀片1～10及以往立铣刀1～6的以往硬质包覆层的形成条件即电弧离子镀的各种条件。

[表5]

[表6]

接着，对本发明刀片1～14及以往刀片1～10，在通过固定夹具将此拧紧于工具钢制车刀的前端部的状态下，分别进行如下2种条件下的试验，并且，在任一切削加工试验中均测定切削刃后刀面的磨损宽度。将该测定结果示于表11。

（1）下述条件（称为切削条件1）下的钛合金的高速断续切削加工试验（通常的切削速度为60m/min）

工件：Ti-6Al-4V合金、带有2条纵向槽的材料

切削速度：80m/min.、

切深量：1.0mm、

进给速度：0.15mm/rev.、

切削时间：2分钟。

（2）下述条件（称为切削条件2）下的钛合金的高速高进给速度断续切削加工试验（通常的切削速度及进给速度分别为60m/min.、0.15mm/rev.）

工件：Ti-6Al-4V合金、带有2条纵向槽的材料

切削速度：70m/min.、

切深量：1.0mm、

进给速度：0.2mm/rev.、

切削时间：2分钟。

同样，对本发明立铣刀1～6及以往立铣刀1～6，进行如下条件下的钛合金的湿式高速切削加工试验（通常的切削速度为200m/min），并测定切削刃部后刀面磨损宽度达到作为使用寿命目标的0.2mm为止的切削槽长度。将该测定结果示于表12。

工件：平面尺寸：150mm×250mm、厚度：50mm的Ti-6Al-4V合金板材、

切削速度：230m/min.、

纵向切深量：0.6mm、

横向切深量：1.0mm、

工作台进给速度：0.15mm/min。

接着，对本发明刀片1～14及本发明立铣刀1～6的改性硬质包覆层以及以往刀片1～10及以往立铣刀1～6的以往硬质包覆层，利用以Cu靶作为X射线源的X射线衍射装置，通过θ-2θ法在上部层及下部层测定（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽及铬硼化物的（0001）峰的半峰宽。

并且，以测定本发明刀片1～14及本发明立铣刀1～6的改性硬质包覆层以及以往刀片1～10及以往立铣刀1～6的以往硬质包覆层的组成及构成各包覆层的晶粒的结晶取向为目的，在距工具前端2mm的位置切断本发明刀片1～12及以往刀片1～10，并且同样地在距工具前端2mm的位置切断本发明立铣刀1～6及以往立铣刀1～6，通过基于Ar离子的离子蚀刻对所获得的各工具截面进行精密研磨。并且，从截面方向观察所获得的各包覆层的研磨面并测定各层膜厚，并且通过能量分散型X射线分光分析装置（EDS装置）对各皮膜的化学组成进行分析，其结果在任一包覆层中均表现出实质上与目标膜厚及目标组成相同的膜厚及化学组成。

并且，从截面侧利用电子背散射衍射装置（EBSD装置）测定各包覆层的研磨面，以在上部层和下部层之间的界面的大致平面线为中心使（Ti，Al）N层和铬硼化物层的结晶取向遍及纵1μm×宽10μm的范围进行，对于（Ti，Al）N与铬硼化物，抽出使在（Ti，Al）N的<111>和铬硼化物的<0001>呈现的角度差中最小的数值形成为0～5度的界面，来测算其总长度相对于存在于观察范围的界面长度之比。

其结果在表7、表8、表9、表10中示出。

[表7]

[表8]

[表9]

[表10]

[表11]

（注）以往刀片的切削试验结果表示最大磨损宽度基于膜的崩刀或缺损等原因而超过0.25mm为止的切削时间（分钟）。

[表12]

从表7、表8、表11、表12所示的结果证实到：本发明刀片1～14及本发明立铣刀1～6中，构成硬质包覆层的上部层的铬硼化物层和构成下部层的（Ti，Al）N层在界面中，晶粒的取向存在于相同的倾斜方向，因此上部层和下部层发挥优异的粘附性且包覆工具的耐磨性提高。

进一步证实到：（Ti，Al）N的（111）峰的半峰宽HN为0.8～1.5度及铬硼化物的（0001）峰的半峰宽HB为0.2～0.5度的本发明刀片及本发明立铣刀，结晶性及晶粒尺寸得到均衡控制，因此能够在提高耐磨性的状态下提高耐龟裂性，从而能够实现更优异的工具寿命。

相对于此，从表9、表10、表11、表12所示的结果证实到：以往刀片1～10及以往立铣刀1～6中，由于在构成硬质包覆层的上部层的铬硼化物层和构成下部层的（Ti，Al）N层的界面中的晶粒取向没有存在于相同倾斜方向，因此上部层与下部层的粘附性较差，包覆工具在较短时间就达到寿命。

另外，在前述的切削加工试验中，作为工件虽使用了钛合金，但是在其他高硬度钢中也可得到相同结果是不言而喻的。

产业上的可利用性

如前述，本发明的包覆工具通过硬质包覆层（改性硬质包覆层）维持优异的导热率和耐热性，从而具有耐龟裂性和耐磨性，因此不仅能够用作包覆刀片，还能够用作包覆立铣刀、包覆钻头等各种包覆工具。并且，由此防止因韧性不足、强度不足等引起的工具缺损的发生且长期使用发挥优异的切削性能，因此能够十分满意地对应低成本化，并且能够实现工具寿命的延长化。

Claims

1.一种表面包覆切削工具，其在由碳化钨基硬质合金烧结体、高速钢或金属陶瓷构成的工具基体上具有硬质包覆层，其特征在于，

所述硬质包覆层由下部层和上部层构成，其中，所述下部层由形成于工具基体上的由（Ti_1-xAl_x）N、x=0～0.7的成分体系构成且具有1～5μm的层厚的Ti与Al的复合氮化物层构成，所述上部层形成于该下部层之上且由具有0.5～3μm的平均层厚的铬硼化物层构成，

并且，在所述下部层和上部层的界面测定邻接的晶粒的取向差时，（Ti_1-xAl_x）N的（111）取向与铬硼化物的（0001）取向的角度差存在于0～5度范围的界面长度占观察到的整个界面长度的线段比例为50%以上。

2.如权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

通过X射线衍射测定的所述铬硼化物层的（0001）峰的半峰宽HB为0.2～0.5度，所述复合氮化物层的（111）峰的半峰宽HN为0.8～1.5度。